WO2012074086A1

WO2012074086A1 - スライディングノズルプレート及びそれを使用したスライディングノズル装置

Info

Publication number: WO2012074086A1
Application number: PCT/JP2011/077891
Authority: WO
Inventors: 哲生続木; 博昭濱野
Original assignee: 黒崎播磨株式会社
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-06-07
Also published as: JPWO2012074086A1; US20130284770A1

Abstract

　本発明は、スライディングノズルプレート本体部に筒体を装着したコンポジットスライディングノズルプレートにおいて、筒体の位置ずれ、及び筒体とスライディングノズルプレート本体部との間の目地部への地金差しを防止できるようにするもので、溶融金属容器からの溶融金属の流出量を調節するスライディングノズル装置に使用するスライディングノズルプレート２であって、スライディングノズルプレート本体部の内孔（貫通孔１ｃ'）に環状の鍔部３ａを有する筒体３を装着してなり、かつ、下記（１）及び（２）の条件式を充足する。φＢ≦φＩ－６…（１）、φＢ－φＲ≦４…（２）。ここで、φＢはスライディングノズルプレート本体部の内孔の直径（ｍｍ）、φＩは筒体の鍔部の外径（ｍｍ）、φＲは筒体の外径（ｍｍ）である。

Description

スライディングノズルプレート及びそれを使用したスライディングノズル装置

　本発明は、溶融金属容器からの溶融金属の流出量を調節するスライディングノズル装置（以下「ＳＮ装置」という。）に使用するスライディングノズルプレート（以下「ＳＮプレート」という。）に関し、特に、溶融金属の流路となる貫通孔の周囲部分が、その他の領域であるＳＮプレート本体部とは独立した部品からなっていて、前記貫通孔の周囲部分を前記ＳＮプレート本体部に組み込んで一体化した構造のＳＮプレート（以下「コンポジットＳＮプレート」という。）と、それを使用したＳＮ装置に関する。

　なお、本願明細書でいう「コンポジットＳＮプレート」とは、ＳＮプレート本体部が、使用後のＳＮプレートを再生した再生ＳＮプレートである場合のほか、新品のＳＮプレートである場合をも含むものである。

　ＳＮ装置は、溶融金属の流出量制御を正確に行うことができるという利点を有することから、溶鋼鍋やタンディッシュなどで広く利用されている。ＳＮ装置には２枚式と３枚式があるが、２枚式の場合、ＳＮプレートとして上プレートと下プレートを備え、下プレートを開方向又は閉方向に摺動させ、上プレート及び下プレートに設けられている貫通孔（ノズル孔）を一致させる、又はずらすことで溶融金属の流出量を調節する。

　このようなＳＮ装置に使用されるＳＮプレートは、使用中に溶融金属により損傷を受ける。とくに溶融金属が通過する貫通孔は激しい損傷を受ける。損傷を受けたＳＮプレートは交換する必要があるが、経済性の点から再生使用が求められており、そのための方法が既にいくつか提案されている。

　例えば、特許文献１には、使用後のＳＮプレートの貫通孔を拡径し、この拡径した貫通孔に環状の鍔部を有する筒体を装着することで、ＳＮプレートを再生する方法が開示されている。

　図２は、上記特許文献１の方法により再生したＳＮプレートを下プレートに使用したＳＮ装置を示す。同図において、１が上プレート、２が再生下プレート、３が環状の鍔部３ａを有する筒体である。

　しかし、図２に示すように筒体３を装着した再生下プレート２を実操業に供したところ、再生のために使用した筒体３の位置ずれ、及び筒体３とＳＮプレート本体部との間の目地部４への地金差しの問題が発生した。

　このような筒体３の位置ずれや目地部４への地金差しの問題は、再生下プレート２に限らず、ＳＮプレート本体部に筒体を装着したコンポジットＳＮプレートの全てにおいて生じる問題である。

特許第２７７８８６９号公報

　本発明が解決しようとする課題は、ＳＮプレート本体部に筒体を装着したコンポジットＳＮプレートにおいて、筒体の位置ずれ、及び筒体とＳＮプレート本体部との間の目地部への地金差しを防止できるようにすることにある。

　本発明の一観点によれば、溶融金属容器からの溶融金属の流出量を調節するスライディングノズル装置に使用するＳＮプレートであって、溶融金属の流路となる貫通孔の周囲部分が、その他の領域であるＳＮプレート本体部とは独立した部品であって、鍔部を有する筒体からなり、この筒体を前記ＳＮプレート本体部に、少なくとも前記筒体の外周面と前記ＳＮプレート本体部の内孔面との間に接着材を介して装着した一体構造であり、かつ、下記（１）及び（２）の条件式を充足するＳＮプレートが提供される。
　　φＢ　≦　φＩ－５　　…　（１）
　　φＢ－φＲ　≦　４　　…　（２）
　　ここで、φＢ：ＳＮプレート本体部の内孔の直径（ｍｍ）
　　　　　　φＩ：筒体の鍔部の外径（ｍｍ）
　　　　　　φＲ：筒体の外径（ｍｍ）

　以下、本発明を詳述する。

　本発明者が、コンポジットＳＮプレートの一種として、図２で説明した形態の再生下プレート２を実操業に供して種々検証したところ、再生下プレート２に使用された筒体３の位置ずれを発生させる支配的な要因は、筒体３の下部に接合される下ノズル５からのバイヨネット締め付け力による上向きの力であることがわかった。再生下プレート２には、プレート間に負荷される面圧や溶鋼流による下向きの力も作用するが、筒体３に作用する力は、下ノズル５からのバイヨネット締め付け力による上向きの力が支配的であった。この上向きの力によって、使用中（鋳造中）に筒体３がずれるという問題が発生していたのである。

　そこで、本発明者が上向きの力による筒体３の位置ずれを防止すべく種々検討したところ、筒体３の鍔部３ａと再生下プレート２の本体部分（ＳＮプレート本体部）とのかかり代を管理することが重要であり、実操業で検証を重ねた結果、２．５ｍｍ以上のかかり代を確保することで、筒体３の位置ずれを防止できることがわかった。この条件を表したのが上記の条件式（１）である。

　また、目地部への地金差しに関しては、図２に示すように目地部４は必ず溶鋼流にさらされることから侵食されやすく、その結果、目地部への地金差しが発生することがわかった。そして、目地部への地金差しを防止するには、目地厚みを管理することが重要であり、検証の結果、目地厚みを２ｍｍ以下に管理することが必要であることがわかった。この条件を表したのが上記の条件式（２）である。

　以上のとおり、上記の条件式（１）及び（２）を充足することで、コンポジットＳＮプレートにおいて、使用した筒体の位置ずれ、及び筒体とＳＮプレート本体部との間の目地部への地金差しを防止できる。

　また、本発明において、ＳＮプレート本体部に、使用後のＳＮプレートを再生した再生ＳＮプレートを使用した場合、その使用後のＳＮプレートの再生率を向上させるには、下記の条件式（３）を充足することが好ましい。
　　φＢ－φＤ　≧　３０　　…　（３）

　ここで、φＤは筒体の内径（ｍｍ）であり、使用後のＳＮプレートの貫通孔（ノズル孔）の内径と同じ寸法である。使用後のＳＮプレートを再生するにあたり、その貫通孔をボーリング加工により拡径して筒体を装着するが、上記条件式における右辺（φＢ－φＤ）は、ボーリング加工代の２倍に相当する。詳細は後述するが、ボーリング加工代を１５ｍｍ以上とすることで、使用後のＳＮプレートの貫通孔（ノズル孔）部分の耐火物の損耗部を確実に取り除くことができ、再生率を向上させることができる。

　上述したとおり、筒体３には下ノズル５からのバイヨネット締め付け力による上向きの力が作用するが、プレート間に負荷される面圧や溶鋼流による下向きの力も作用する。そして、バイヨネット締め付け力が緩んだ場合など、上向きの力よりも下向きの力が勝る場合があり、その場合、筒体３が下方に位置ずれすることがある。この筒体３の下方への位置ずれを防止するには、筒体３とＳＮプレート本体部との間の目地部４に施工される接着材として接着強度の優れたもの、具体的には金属アルミニウムとカーボンを含有するモルタルを使用することが好ましい。すなわち、前記モルタルは、カーボンに加えて金属アルミニウムを含有するため、実操業時の受熱により反応してアルミニウム・カーボンボンドを形成する。これにより、接着強度が増し、筒体３の位置ずれに対する耐力（以下、「位置ずれ耐力」という。）をより大きくすることができる。

　また、モルタルが施工される目地部４は、図２にも示したとおり、溶融金属の流出経路に露出し溶融金属にさらされることから、優れた耐食性が求められる。一般的にモルタルは、上プレート１や筒体３に比べて強度が低く、プレス等で加圧されていないことから密度も低い。このため、ＳＮプレート本体部や筒体３に比べて溶融金属による浸食を受けやすく、目地部４（モルタル）の耐食性は重要な具備特性となる。

　本発明の好適な形態では、目地部のモルタルに耐食性を持たせるため、まず、カーボン含有のモルタルとする。溶融金属中の介在物は低融点の酸化物が多く、これらの酸化物が耐火物と反応することで、プレートれんがの面劣化が進む。そのため、プレートれんがには、上述のような酸化物と濡れにくくするためカーボン含有耐火物を使用し、さらに、ピッチ含浸処理まで施すことが一般的である。目地部のモルタルについても同様である。カーボンを含有しないモルタルでは、ＳＮプレート本体部及び筒体３を構成する耐火物（カーボン含有耐火物）に比べ、酸化物どうしの接触反応層が生成しやすく、目地部の浸食が先行して、その結果、ＳＮプレート本体部及び筒体にまで及ぶ面荒れを起こしやすい。これに対して、カーボンは酸化物と濡れにくく、カーボン含有モルタルでは、カーボンがバリアとなって酸化物どうしの接触反応層の生成が抑制されるので、目地部の異常溶損（反応層拡大）が軽減され、面荒れの問題を解消できる。

　また、本発明で好適に使用するモルタルは、カーボンに加え金属アルミニウムを含有する。アルミニウムは溶鋼精錬下において優れた脱酸能力を有するため、溶融金属中の酸素を取り込み無害化し、耐火物中に添加した場合、耐食性が向上することが知られている。目地部のモルタルも同様に、金属アルミニウムを添加することで耐食性を向上させることができる。さらに、金属アルミニウムとカーボンが共存することで、上述のとおり、実操業時の受熱により反応してアルミニウム・カーボンボンドを形成し、接着強度が向上する。

　このような効果を顕著に奏するには、本発明で使用するモルタルの金属アルミニウム含有量は１～１５質量％、カーボン含有量は１～１５質量％であることが好ましい。

　なお、筒体３の位置ずれ耐力を大きくするには、図６に示すように筒体３の外周面に複数段の環状溝３ｂを形成してもよい。これにより、接着面積が大きくなり、筒体３の位置ずれ耐力も大きくなる。

　以上説明した本発明のＳＮプレート（コンポジットＳＮプレート）は、ＳＮ装置の下プレートとして好適に使用され、本発明のＳＮプレートを下プレートとして装着することで、本発明のＳＮ装置が提供される。

　本発明によれば、上記の条件式（１）及び（２）を充足することで、コンポジットＳＮプレートにおいて、使用した筒体の位置ずれ、及び筒体とＳＮプレート本体部との間の目地部への地金差しを防止できる。

　また、上記の条件式（３）を充足することで、ＳＮプレート本体部に、使用後のＳＮプレートを再生した再生ＳＮプレートを使用した場合において、その使用後のＳＮプレートの再生率を向上させることができる。

　更に、筒体とＳＮプレート本体部との間の目地部に施工する接着材として、金属アルミニウムとカーボンを含有するモルタルを使用することで、前記目地部の異常溶損、及び筒体の位置ずれを防止できる。

図１（ａ）は使用後の上プレートを示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の上プレートを下プレートとして再生した再生下プレート（コンポジットＳＮプレート）を示す。コンポジットＳＮプレートを下プレートに使用したＳＮ装置を示す。コンポジットＳＮプレートを下プレート及び上プレートに使用したＳＮ装置を示す。再生率の評価において、亀裂の有無を観察する範囲を示す。ボーリング加工代の２倍に対応する「φＢ：拡径後の貫通孔の直径－φＤ：筒体の内径（ｍｍ）」と再生率との関係を示す。筒体の外周面に複数段の環状溝を形成した再生下プレート（コンポジットＳＮプレート）を示す。

　まず、本発明のコンポジットＳＮプレートの一種として、ＳＮプレート本体部に、使用後のＳＮプレート再生した再生ＳＮプレートを使用したコンポジットＳＮプレートの製造方法を説明する。図１（ａ）は使用後の上プレートを示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の上プレートを下プレートとして再生した再生下プレート（コンポジットＳＮプレート）を示す。

　この再生下プレートは上記特許文献１と同様の方法により製造できる。まず、図１（ａ）に示す使用後の上プレート１のダボ部１ａに形成されているノズル孔としての貫通孔１ｂをボーリング加工により拡径する。次に、拡径された貫通孔１ｂ’にそれまで使用されていた摺動面１ｃ側から、環状の鍔部３ａを有する筒体３を目地部４（接着材）を介して装着する。その後、ダボ部１ａを研磨して取り除き、新しい摺動面１ｃ’を形成して再生下プレート２とする。

　このようにして製造される再生下プレート２において、本発明では、上述したとおり、下記の条件式（１）～（３）を充足するようにする。
　　φＢ　≦　φＩ－５　　…　（１）
　　φＢ－φＲ　≦　４　　…　（２）
　　φＢ－φＤ　≧　３０　…　（３）

　ここで、φＢは拡径後の貫通孔１ｂ’の直径（ｍｍ）であり、貫通孔１ｂのボーリング径、つまりＳＮプレート本体部の内孔の直径に対応する。また、φＩは筒体３の鍔部３ａの外径（ｍｍ）であり、新品下プレートのダボ部の付け根の直径に対応する。つまり、再生下プレート２では図２に示したように鍔部３ａがダボ部として下ノズル５と嵌合する。また、φＲは筒体の外径（ｍｍ）、φＤは筒体の内径（ｍｍ）である。

　図１を参照するとよく理解できるように、上記の条件式（１）が筒体３の鍔部３ａと再生下プレート２の本体部分とのかかり代を２．５ｍｍ以上にするという条件を表す。また、上記の条件式（３）が目地厚みを２ｍｍ以下にするという条件を表す。そして、上記の条件式（３）がボーリング加工代を１５ｍｍ以上にするという条件を表す。

　本発明のコンポジットＳＮプレートは、図２に示すように下プレートとして使用することが好ましい。上プレートとして使用できないこともないが、コンポジットＳＮプレートを上プレートとして使用した場合、図３に示すように上プレート１の目地部４（接着材）が溶鋼の流れによって生じる負圧部Ｎに通じることになるので、目地部４を通じた外気の侵入が懸念される。したがって、図２に示すように、コンポジットＳＮプレートは下プレートとして使用し、上プレートには新品の上プレートを使用することが好ましい。

　なお、本発明のコンポジットＳＮプレートでは、ＳＮプレー本体部に新品のＳＮプレートを使用することもできる。この場合、図１（ｂ）に示した拡径された貫通孔１ｂ’と同じ径の内孔を有する新品のＳＮプレートを作製し、その新品のＳＮプレートに筒体３を装着する。

（実施例Ａ）
　この実施例では、コンポジットＳＮプレートの各部の寸法が、使用した筒体の位置ずれ、及び筒体とＳＮプレート本体部との間の目地部への地金差しに及ぼす影響を調査した。その結果を表１に示す。なお、本実施例におけるコンポジットＳＮプレートは、取鍋用のＳＮ装置の下プレートとして使用した。その材質は一般的なアルミナ－カーボン質とした。

　表１に示す実施例１～５はいずれも条件式（１）及び（２）を充足しており、使用時に異常は確認されなかった。これに対して、比較例１は条件式（１）を充足しておらず、使用時に筒体の位置ずれが発生した。また、比較例２は条件式（２）を充足しておらず、使用時に目地部への地金差しが発生した。

（実施例Ｂ）
　この実施例では、ＳＮプレート本体部に、使用後のＳＮプレートを再生した再生ＳＮプレートを使用した場合において、使用後のＳＮプレートの貫通孔（ノズル孔）のボーリング加工代が、使用後のＳＮプレートの再生率に及ぼす影響を調査した。

　再生率は次のようにして評価した。使用後のＳＮプレートの貫通孔（ノズル孔）をボーリング加工して拡径する。拡径した貫通孔の内孔面のうち、ストローク部の摺動側９０°の範囲（図４中のＡで示す範囲）を観察し、開いた亀裂がないものを再生可能とした。具体的には、０．５ｍｍ以上の隙間を有する亀裂を開いた亀裂と判断した。これは、仮に溶鋼が亀裂に接したとしても、幅が０．５ｍｍに達しない程度の亀裂であれば、地金が差すことはまずないからである。以上の作業を同じボーリング加工条件で１００枚の使用後のＳＮプレートについて行い、そのうち、再生可能とされたものの割合を再生率とした。

　図５にボーリング加工代の２倍に対応する「φＢ：拡径後の貫通孔の直径－φＤ：筒体の内径（ｍｍ）」と再生率との関係を示す。同図より、φＢ－φＤ≧３０の関係、すなわち上記の条件式（３）を充足することにより、高い約７０％以上の高い再生率が得られることが分かる。また、φＢ－φＤ≧４０の関係を充足するようにすれば、約８０％以上のより高い再生率が得られる。

（実施例Ｃ）
　この実施例では、図１（ｂ）に示す再生下プレート２において、筒体３とＳＮプレート本体部との間の目地部４に施工されるモルタル（接着材）の種類を変えて再生下プレート２を製作し、これを図２に示すようにＳＮ装置の下プレートと使用し、新品時のライフ（寿命）と比較した。目地部の幅は、２ｍｍで統一した。

　その結果を表２に示す。表２においてライフ未達率とは、新品と同じライフを達成できなかった比率を示し、分母となる試験数はいずれも１００とした。

　実施例６～８では、金属アルミニウムとカーボンを含有するモルタルとして、金属アルミニウムとともにカーボン源としてフェノールレジンを含有し、残部がアルミナを主体とする「金属Ａｌ＋フェノールレジン系モルタル」を使用し、金属アルミニウムとカーボンの添加量（含有量）を表２のとおりに変化させた。

　一方、実施例９では、耐火物で一般的に使用される「水ガラス系モルタル」を使用した。この水ガラス系モルタルは、アルミナが主体で、金属アルミニウム及びカーボンは含有していない。

　表２に示すように、金属アルミニウムとカーボンを含有するモルタルを用いた実施例６～８では、水ガラス系モルタルを用いた実施例９に比べて、ライフ未達率が低く、良好な結果であった。特に金属アルミニウムの含有量が５質量％以上の実施例７、８では、ライフ未達率が格段に低く、金属アルミニウム・カーボン含有モルタルの有効性が確認された。

　１　上プレート
　１ａ　ダボ部
　１ｂ　貫通孔（ノズル孔）
　１ｂ’拡径された貫通孔
　１ｃ　摺動面
　１ｃ’新しい摺動面
　２　再生下プレート（コンポジットＳＮプレート）
　３　筒体
　３ａ　鍔部
　３ｂ　環状溝
　４　目地部（モルタル）
　５　下ノズル
　Ｎ　負圧部

Claims

　溶融金属容器からの溶融金属の流出量を調節するスライディングノズル装置に使用するスライディングノズルプレートであって、
　溶融金属の流路となる貫通孔の周囲部分が、その他の領域であるスライディングノズルプレート本体部とは独立した部品であって、鍔部を有する筒体からなり、
　この筒体を前記スライディングノズルプレート本体部に、少なくとも前記筒体の外周面と前記スライディングノズルプレート本体部の内孔面との間に接着材を介して装着した一体構造であり、
　かつ、下記（１）及び（２）の条件式を充足するスライディングノズルプレート。
　　φＢ　≦　φＩ－５　　…　（１）
　　φＢ－φＲ　≦　４　　…　（２）
　　ここで、φＢ：スライディングノズルプレート本体部の内孔の直径（ｍｍ）
　　　　　　φＩ：筒体の鍔部の外径（ｍｍ）
　　　　　　φＲ：筒体の外径（ｍｍ）
　さらに下記（３）の条件式を充足する請求項１に記載のスライディングノズルプレート。
　　φＢ－φＤ　≧　３０　　…　（３）
　　ここで、φＤ：筒体の内径（ｍｍ）
　前記接着材は、金属アルミニウムとカーボンを含有するモルタルであり、このモルタルの一部が溶融金属と接触する請求項１又は２に記載のスライディングノズルプレート。
　前記筒体の外周面に複数段の環状溝が形成されている請求項１～３のいずれかに記載のスライディングノズルプレート。
　前記スライディングノズルプレート本体部が、使用後のスライディングノズルプレートを再生した再生スライディングノズルプレートである請求項１～４のいずれかに記載のスライディングノズルプレート。
　請求項１～５のいずれかに記載のスライディングノズルプレートを下プレートとして装着したスライディングノズル装置。